Принцип роботи роторного витратоміра або що таке турбінка
Розробка турбінного принципу вимірювання є результатом десятиліть інтенсивних інновацій і покращень до початкової осьового лопаткового принципу лічильників, перший запис зафіксовані Woltman в 1790 році, в той час даний принцип застосовувався для вимірювання витрати води.
Рідина, що проходить через корпус турбінного витратоміра під своєю силою змушує обертатися крильчатку, яка встановлена в осьовому напрямку. Лопаті ротора (крильчатки) розташовані під кутом, для перетворення енергії потоку в енергію обертання. Ротор обертається на підшипниках. Якщо рідина рухається швидше, ротор починає обертання пропорційно швидше. Швидкість обертання крильчатки сприймається індуктивним датчиком. Індуктивний датчик при кожному обороті крильчатки дає стільки вихідних електричних сигналів, скільки лопат на крильчатці або зубів на зубчастому диску, тому частота індукованого струму прямо пропорційна швидкості протікання контрольованого середовища. Частота, що подається датчиком, служить інформаційним сигналом для підсумовуючого/зчитувального пристрою.
Принципова схема турбінних перетворювачів:
1. Турбінка, 2. Магніт, 3. Сердечник, 4. Котушка
Різновиди турбінних перетворювачів:
Різні типи турбінок: аксіальні при малому (а) та великому (б) діаметрах; тангенціальні зі світловідбивними пластинками (в), в багатоструминних водолічильниках (г), в одноструминних водолічильниках з напівциліндричними лопатями (е) та з лопатями напівкульової форми (ж)
Турбінні витратоміри застосовуються для вимірювання витрати рідин, газів і пар у трубах, таких як вуглеводні, хімічні речовини, води, кріогенних рідин, повітря та промислових газів. Висока точність вимірювання турбінних витратомірівроблять доступним його для комерційного обліку вуглеводнів та природного газу.
Похибка вимірювання. У діапазоні вимірювання при заданій витраті максимальна різниця між кількістю імпульсів на одиницю об'єму та калібрувальної постійної приладу віднесена до калібрувальної постійної приладу. У рідин: при вимірюванні рідин в'язкістю 1-3 сsт ± 0,5 % від виміряної величини У газів: якщо робочий тиск газу перевищує 3 кгс/см2. нормальна густина вимірюваного газу більша, ніж 0,65 кгс/см3 або якщо добуток цих двох даних більше 2 ±1 % від кінцевого значення діапазону.
Відтворюваність Всередині діапазону вимірювання, при заданій швидкості відношення максимальної розбіжності між результатами повторних вимірювань до вимірюваної величини. У рідин: при вимірюванні рідин в'язкістю 1-3 сst ±0,1 % від вимірюваної величини. У газів: якщо робочий тиск газу перевищує 3 кгс/см2, нормальна щільність газу, що вимірюється більше, ніж 0,65 кгс/см3 або якщо добуток цих двох даних більше 2 ±0,2 % від кінцевого значення діапазону.
Максимальний робочий тиск. Максимально допустимий робочий тиск у трубопроводах, при якому турбінний витратомір може працювати, не пошкоджуючись. мм: 250 кгс/см2 Зі спеціальним різьбовим приєднанням для високого тиску /тип НВN/ при номінальному діаметрі від 6 до 75 мм: 320 кгс/см2 З фланцевим приєднанням /тип НF/ при номінальному діаметрі від 6 до 50 мм: 250 кгс/см2 Або величина, обмежена фланцями при номінальному діаметрі від 75 до 250 мм: макс. 64 кгс/см2 Або величина, обмежена фланцями зі спеціальним фланцевим приєднанням для високоготиску /тип НЄМ/ при номінальному діаметрі від 6 до 75 мм: 320 кгс/см2 При діаметрі 100 мм: макс. 250 кгс/см2.
Діапазон температур. Нижня і верхня межі температури вимірюваного середовища, між якими прилад може працювати, не пошкоджуючись. при шарикопідшипниках: макс,-50°С… 4-150°С при підшипниках із Тефлону: -150°С…+150°С при підшипниках із твердого сплаву: -150°С…+ 250 ° С понад + 150 ° С зі спеціальним датчиком сигналів. Котушка датчика виготовлена із спеціального, теплостійкого дроту.
Втрати тиску. Додаткові втрати тиску, спричинені турбінним витратоміром у холодній воді. по відношенню до гладкої труби такої ж довжини. макс. 0,25 кгс/см2100% навантаження макс. 0,50 кгс/см2 при максимальному навантаженні. Загальна конструкція турбінних витратомірів: Корпус, що підключається до трубопроводу фланцевим або різьбовим з'єднанням. По кінцях корпусу витратоміра розташовані передня та задня напрямні. По осьової лінії всередині корпусу розміщується крильчатка турбіни (ротор), яке складається з маточини і відлитих разом з нею лопатей, що мають точну гвинтову поверхню. Ротор може встановлюватися як шарикопідшипники /відкриті, напівзакриті, закриті/ або в підшипники ковзання /тефлон, твердий сплав, напр. карбід Вольфрама. або інший спеціальний сплав/. Індуктивний датчик, що реагує на обертання ротора, розміщується на стінці корпусу турбінного витратоміра, у великих /номінальним діаметром 100 мм і понад/ на маточину ротора монтується окреме зубчастий диск, що подає сигнали. У першому виконанні індуктивне збудження викликають самі лопаті ротора, у другому – зубчастий диск. Індуктивний датчик складається з котушки, якоря, розташованого всередині котушки, постійного магніту. Застосування лінійного підсилювачанеобхідно в тих випадках, коли занадто велика відстань між вимірювальним датчиком і електронним блоком, що обробляє сигнали (або через специфікаційні причини у турбінних витратомірів малого діаметра 6-15 мм). Тому що в цих випадках передавальний сигнали кабель являє собою таку велику паразитну ємність, що поглинає проходить по ньому сигнальну частоту і сигнали для електронного приладу, що їх обробляє, стають необроблюваними. Вбудованим або окремим лінійним підсилювачем типу I А-6/А потужність, що втрачається в сполучному кабелі, може бути заповнена і може бути поліпшене відношення сигнал/шум.У разі номінальних діаметрів 6,12 та 10 мм попередній підсилювач у всіх випадках є обов'язковою приналежністю датчика. Якщо попередній підсилювач вмонтований в датчик сигналів, то максимальна температура турбінних витратомірів, що допускається, незалежно від типу підшипників, становить + 70 °С.
Принцип дії
Вихрова доріжка Кишені
У вихрових витратомірах для створення вихрового руху по дорозі рушійного потоку рідини, газу або пари встановлюється тіло обтікання, зазвичай у вигляді трапеції в перерізі. Система вихорів, що утворилася за ним, називається вихровою доріжкою Кармана. Частота вихорів f у першому наближенні пропорційна швидкості потоку v і залежить від безрозмірного критерію Sh (число Струхаля) та ширини тіла обтікання d [2] [3] [4] [5] :
Перевагою вихрових витратомірів є відсутність будь-яких рухомих елементів усередині трубопроводу, досить низька нелінійність (1:10…1:40), частотний вихідний сигнал, а також інваріантність методу щодо електричних властивостей та агрегатного стану середовища, що рухається.
Перші вихрові витратоміри рідини з'явилися у шістдесятих рокаху США, Японії та СРСР. Перші розробки вихрових витратомірів газу та пари в Україні відносяться до 90-х років минулого століття. Незважаючи на досить тривалий час освоєння цих приладів у вимірювальній техніці, теорія та практика вихрових витратомірів безперервно розвивається та вдосконалюється. Йдуть пошуки кращих схемних рішень, ефективніших і технологічніших конструкцій первинних перетворювачів витрати [4] [5] .
Ротаційний
Лічильник механічного типу. Два ротори розміщуються у вимірювальній камері поперек потоку газу. При надходженні газу на вхід лічильника обидва ротори під його напором обертаються. Форма роторів (у перерізі, що нагадує цифру 8) і переріз вимірювальної камери розраховується таким чином, щоб при обертанні ротор одним кінцем описував профіль поверхні стінки вимірювальної камери, а іншим кінцем описував профіль поверхні другого, що обертається назустріч ротора. У початковому положенні ротора розташовуються під кутом 90° один до одного, це взаємне положення фіксується двома колесами-синхронізаторами, встановленими на осях роторів. Ці колеса забезпечують строго синхронне обертання роторів. При обертанні обидва ротори поперемінно відсікають певний об'єм газу (порцію), укладений між ротором і стінкою камери вимірювальної і перепускають його на вихід лічильника. Обсяг газу, що пройшов через лічильник, пропорційний кількості порцій і, відповідно, пропорційний числу оборотів роторів. Обертання ротора з осі через механічну передачу (редуктор, магнітна муфта, система шестерень) передається на лічильний механізм, у якому відбувається накопичення кількості минулого газу. Застосовуються для максимальних витрат Qмакс від 10 ... 16 до 650 ... 1000 м3 / год (рідше - в побутовому секторі для Qмакс 4 ... 10 м3 / год), з шириною діапазонувитрат від 1:20 до 1:250.
Принцип ультразвукового виміру витрати
Принцип дії ультразвукових витратомірів ґрунтується на вимірі різниці в часі проходження сигналу. При цьому два ультразвукові сенсори, розташовані по діагоналі навпроти один одного, функціонують поперемінно як випромінювач та приймач. Таким чином, акустичний сигнал, що по черзі генерується обома сенсорами, прискорюється, коли спрямований по потоку, і сповільнюється, коли спрямований проти потоку. Різниця в часі, що виникає внаслідок проходження сигналу по вимірювальному каналу в обох напрямках, прямо пропорційна середній швидкості потоку, на підставі якої можна розрахувати об'ємний витрата. А використання кількох акустичних каналів дозволяє компенсувати спотворення профілю потоку.